畢業設計-多功能數字鐘的設計與仿真(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 3Q314U 2 0 B4 5 1 8CLK1EN2R7Q03Q14Q25Q36U 2 0 A4 5 1 8CLK9EN10R15Q011Q112Q213Q314U 1 9 B4 5 1 8CLK1EN2R7Q03Q14Q25Q36U 1 9 A4 5 1 8V C C500Hz1Hz1000Hz0.5Hz 圖 21 1000 分頻器原理圖 圖 22 分頻器接線圖 表 21 1000 分頻器 電路制作元件清單 序號 品 名 型號 /規格 數量 配件圖號 實測情況 1 數字集成電路 CC4518 2 U1 U20 2 1/4W 電阻 470Ω 1 3 LED Φ 5 1 根據 圖 21 可畫出 圖 22 所示用 4518 構成的 1000 分頻器接線圖 ,根據 圖 22 進行電路安裝調試。在第一個計數單元的輸入端即 4518的 1 腳輸入 1000Hz 的方波信號。用示波器觀察 A、B、 C三個測試點的波形，同時用數字頻率計分別測試 A、 B、 C三個測試點處的頻率，記錄并多功能數字鐘 制作與調試 17 分析比較它們之間的關系，填寫到 表 21 中。 表 21 1000 分頻器測試記錄 測試點 信號頻率 信號波形示意圖 A點 B 點 C 點 三個測試點 信號之間的關系 讀一讀 2 分頻信號有計數器的最低位輸出，其工作波形如 圖 23 所示。有計數器工作原理可知，每來一個計數脈沖該位加 1，即狀態翻轉。計數脈沖在上升沿有效，下降沿無效。由波形 圖 22可見，從 1CP 端輸入 2 個時鐘脈沖，則在 1QA端只輸出 1個脈沖，實現了 2 分頻。即io ff 211 ? 。 圖 23 2 分頻器輸入、輸出波形 1000 分頻信號由計數器的最高位輸出，其工作波形如 圖 24 所示。由計數器工作原理可知，每計數 998 時該位由 0翻轉為 1，直到在計數 999 后再來計數脈沖時計數器清零復位，該 位轉 0。由波形 圖 24 可見，從 1CP 端輸入 1000個時鐘脈沖，則在 1QD端只輸出 1 個脈沖，實現了 1000分頻。即io ff 100012 ? 。 多功能 數字鐘 制作與調試 18 圖 24 1000 分頻器輸入、輸出波形 拓展性知識 其他 分頻電路 介紹。 用于 N=2~4 分頻比的電路，常用雙 D觸發器或雙 JK觸發器器件來構成，如 圖 25 所示。分頻比 n4 的電路，則常采用計數器來實現更為方便，一般無需再用單個觸發器來組合。 圖 25 用 D 觸發器和 JK觸發器來組成分頻電路，輸出占空比均為 50%。用 JK 觸發器構成分頻電路 容易實現并行式同步工作，因而適合于頻率較高的應用場合。而觸發器中的引腳 R、S(P)等引腳如果不使用，則必須按其功能要求連接到非有效電平的電源或地線上。 (a) 用 D 觸發器構成的 2 分頻器 (b) 用雙 D 觸發器構成的 4 分頻器 (c) 用 JK 觸發器構成的 2 分頻器 (d) 用雙 JK 觸發器構成的 4 分頻器 圖 25 D 觸發器和 JK 觸發器構成的分頻器 圖 26 是 3 分頻電路，用 JK 觸發器實現 3 分頻很方便，不需要附加任何邏輯電路就能實現同步計數分頻。但用 D 觸發器實現 3 分頻時，必須附加譯碼反饋電路，如 圖 26(b)所示的譯碼復位電路，強制計數狀態返回到初始全零狀態，就是用或非門電路把 Q2Q1=“ 11B”的狀態譯碼產生高電平復位脈沖，強迫觸發器 FF1 和觸發器 FF2 同時瞬間（在下一時鐘輸入 fi的脈沖到來之前）復零，于是 Q2Q1=“ 11B”狀態僅瞬間作為“毛刺”存在而不影響分頻的周期，這種“毛刺”僅在 Q1中存 在，實用中可能會造成錯誤，應當附加時鐘同步電路或阻容低通濾波電路來濾除，或者僅使用 Q2作為輸出。 D 觸發器的 3 分頻，還可以用與門對 Q Q1譯碼來實現返回復零。 多功能數字鐘 制作與調試 19 (a) 用 JK 觸發器構成的 3 分頻器 (b) 用 D 觸發器構成的 3 分頻器 圖 26 用 D 觸發器和 JK 觸發器構成的 3 分頻器 想一想 如何 用 計數器構成 100 分頻器？試畫出其電路圖。 多功能 數字鐘 制作與調試 20 第 3 章 計數譯碼顯示電路 學習目標 —— 會畫 出計數譯碼顯示電路的方框圖，能敘述各部分的作用 。 —— 會制作和調試二十四進制（“時”）計數譯碼顯示電路 。 —— 會制作和調試六十進制（“分”、“秒”）計數譯碼顯示電路 。 工作任務 1．制作和調試二十四進制（“時”）計數譯碼顯示電路 。 2．制作和調試六十進制（“分”、“秒”）計數譯碼顯示電路 。 計數譯碼顯示電路的組成 讀一讀 在數字鐘電路中， 有了時間標準“秒”信號后，就可以根據“ 60秒為 1 分”、“ 60分為 1小時”、“ 24 小時為 1 天”的計數周期，分別組成。將這些計數器適當連接，就可以實現“秒”、“分”、“時”的計時功能。 同時 要將“秒”、“分”、“時”的狀態顯示成清晰的數字符號，就需要將計數器的狀態經譯碼器進行譯碼，并通過顯示器將其顯示出來，這實際上構成了數字鐘電路中“秒”、“分”、“時”的三個計數譯碼顯示電路。 圖 31 為計數譯碼顯示電路的方框圖。從 圖 31 可以看出，計數譯碼顯示電路由計數器、譯碼器、驅動器、顯示器四部分組成。 計數器 譯碼器 驅動器 顯示器 計數脈沖 圖 31 計數譯碼顯示電路方框圖 在我們所制作的數字鐘電路中， 兩個六十進制（秒、分）、一個二十四進制（時）的計數器均采用“集成十進制計數器 CC4518”構成，有關 CC4518 的功能及其所構成的六十進制和二十四進制計數器電路已在中前面的 和 中進行了詳細介紹，這里不再贅述。 在我們所制作的數字鐘電路中， 譯碼器均采用“輸出高電平的 CMOS顯示譯碼器 CC4511”構成，有關 CC4511的功能及其所構成數字顯示電路已在中前面的 中進行了詳細介紹，這里也不再贅述。 另外，在我們所制作的數字鐘電路中，由于顯示 器選用了可以 與集成電路直接配用共陰極多功能數字鐘 制作與調試 21 半導體數碼管 SW20501，因此無需外加驅動器電路，只要直接將 CC4511 與 SW20501 直接配接即可。在關 SW20501 的功能已在中前面的 中進行了詳細介紹，這里也不再贅述。 二十四進制（“時”）計數譯碼顯示電路的制作與調試 看一看 二十四進制（“時”）計數譯碼顯示電路原理如 圖 32 所示。該電路由二十四進制計數器和譯碼顯示兩部分電路組成，有關這兩部分電路的知 識已分別在項目 P3和項目 P2 中作了詳細介紹在此不再贅述。請參考前面的知識分析其工作原理。 進位信號校時信號QA5QA6 QB5QB6QC5QC6QD5QD6123＆U 1 0 A4 0 8 1CLK9EN10R15Q011Q112Q213Q314U 7 B4 5 1 8CLK1EN2R7Q03Q14Q25Q36U 7 A4 5 1 8A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14U14 5 1 1A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14U24 5 1 1abfcgde1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpL E D 18abfcgde1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpL E D 28V C CV C C V C CR04 7 0R14 7 0R24 7 0R34 7 0R44 7 0R54 7 0R64 7 0R74 7 0R84 7 0R94 7 0R1 04 7 0R1 14 7 0R1 24 7 0R1 34 7 0 圖 32 二十四進制（“時”）計數譯碼顯示電路原理圖 多功能 數字鐘 制作與調試 22 做一做 根據 圖 32 畫出二十四進制（“時”）計數譯碼顯示電路的接線 圖 33，并在面包板或印制電路板上安裝和調試該電路。 圖 33 二十四進制（“時”）計數譯碼顯示電路的接線圖 表 31 二十四進制（“時”）計數譯碼顯示電路制作 元件清單 序號 品 名 型號 /規格 數量 配件圖號 實測情況 1 數字集成電路 CC4511 2 U U2 2 數 字集成電路 CC4518 1 U7 3 數字集成電路 CC4081 1 U10 4 1/4W 電阻 470Ω 14 R0~R13 5 LED 數碼管 SM20501 2 LDE LED2 6 多功能數字鐘 制作與調試 23 六十進制（“分”、“秒”）計數譯碼顯示電路的制作與調試 看一看 圖 34 所示為 六十進制（“分”、“秒”）計數譯碼顯示電路原理圖，與 圖 32 所示的二十四進制（“時”）計數譯碼顯示電路原理圖進行比較后可以看出， 圖 34 只是在 圖 32 的基礎上做了很小的改動，復位信號自 CC4518 的 1 12腳，當計數到 0110 0000 即 60時電路復位。 進位信號校時信號QA5QA6 QB5QB6QC5QC6QD5QD6564＆U 1 0 B4 0 8 1CLK9EN10R15Q011Q112Q213Q314U 8 B4 5 1 8CLK1EN2R7Q03Q14Q25Q36U 8 A4 5 1 8A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14U34 5 1 1A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14U44 5 1 1abfcgde1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpL E D 38abfcgde1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpL E D 48V C CV C C V C CR2 74 7 0R2 64 7 0R2 54 7 0R2 44 7 0R2 34 7 0R2 24 7 0R2 14 7 0R2 04 7 0R1 94 7 0R1 84 7 0R1 74 7 0R1 64 7 0R1 54 7 0R1 44 7 0 圖 34 原理圖 做一做 根據 圖 34 畫出 六十進制（“分”、“秒”）計數譯碼顯示電路 的接線 圖 35，并在面包板或印制板上安裝和調試該電路（為與后面的總裝配圖配套，該電路應做兩面套，分別用于“分”、“秒”的顯示）。 多功能 數字鐘 制作與調試 24 圖 35 六十進制（“分”、“秒”）計數譯碼顯示電路的接線圖 表 32 六十進制（“分”、“秒”）計數譯碼顯示電路制作 元件清單 序號 品 名 型號 /規格 數量 配件圖號 實測情況 1 數字集成電路 CC4511 2 U U4 2 數字集成電路 CC4518 1 U8 3 數字集